1ο διαγώνισμα 1ου κεφαλαίου κατεύθυνσης

Ένα ινίδιο χρωματίνης κάποιου ζώου έχει μήκος 1,241×10⁷ ζεύγη βάσεων.

α. πόσα νουκλεοσώματα θα σχηματιστούν κατά την πλήρη συσπείρωση του χρωμοσώματος που θα προκύψει από την αντιγραφή του ινιδίου αυτού;

β. πόσα μόρια ιστονών θα χρειαστούν για να σχηματιστούν τα νουκλεοσώματα αυτά;

[δεχόμαστε πως ανάμεσα στα γειτονικά νουκλεοσώματα δε μεσολαβεί καθόλου DNA]

Λύση…

Κατά τη μεσόφαση, πριν πραγματοποιηθεί η αντιγραφή, το γενετικό υλικό έχει μικρό βαθμό συσπείρωσης και σχηματίζει δίκτυο ινιδίων χρωματίνης. Άρα, το ινίδιο χρωματίνης στο οποίο αναφέρεται η άσκηση, είναι ένα μεμονωμένο δίκλωνο μόριο DNA.

Με το τέλος της αντιγραφής, κάθε ινίδιο χρωματίνης έχει διπλασιαστεί. Τα δύο αντίγραφα κάθε ινιδίου συνδέονται μεταξύ τους με μια δομή που ονομάζεται κεντρομερίδιο. Ο όρος “αδελφές χρωματίδες” χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα διπλασιασμένα ινίδια χρωματίνης, κατά το χρονικό διάστημα που είναι συνδεδεμένα στο κεντρομερίδιο. Στην κυτταρική διαίρεση, οι αδελφές χρωματίδες συσπειρώνονται και, κατά το στάδιο της μετάφασης, αποκτούν το μέγιστο βαθμό συσπείρωσης. Δηλαδή, σχηματίζουν το μέγιστο δυνατό αριθμό νουκλεοσωμάτων, πράγμα που μας ενδιαφέρει στην άσκηση.

Είναι καίριο να σημειωθεί ότι πριν την αντιγραφή ο όρος “χρωμόσωμα” εννοεί το ινίδιο χρωματίνης, ενώ ο ίδιος όρος μετά την αντιγραφή εννοεί το ζεύγος όμοιων και ενωμένων αδελφών χρωματίδων. Αυτό σημαίνει πως άλλοτε το χρωμόσωμα είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA (περίπτωση ινιδίου) και άλλοτε είναι δύο δίκλωνα μόρια DNA (περίπτωση χρωματίδων). Εδώ, εφόσον μιλάμε για πλήρη συσπείρωση, είναι σίγουρο ότι το ινίδιο έχει υποστεί αντιγραφή και έχει τη μορφή δύο όμοιων (και συγκρατημένων στο κεντρομερίδιο) αδελφών χρωματίδων. Καθεμιά από αυτές τις χρωματίδες έχει μήκος 1,241×10⁷ ζεύγη βάσεων, αφού τόσο είναι και το μήκος του ινιδίου που αυτοδιπλασιάστηκε.

Το νουκλεόσωμα αποτελεί τη βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης. Αποτελείται από DNA μήκους 146 ζευγών βάσεων και από 8 μόρια πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες.

Η μία χρωματίδα θα συσπειρωθεί σε:

1,241×10⁷ / 146 = 0,0085×10⁷ ή 8,5×10⁴ νουκλεοσώματα

και εφόσον κάθε νουκλεόσωμα διαθέτει 8 μόρια ιστονών, θα χρειαστεί:

8,5×10⁴ × 8 = 68×10⁴ ιστόνες

Όμοια ισχύουν και για την άλλη χρωματίδα.

Συνολικά λοιπόν, το χρωμόσωμα θα συσπειρωθεί σε:

8,5×10⁴ + 8,5×10⁴ = 17×10⁴ νουκλεοσώματα ή 1,7×10⁵ νουκλεοσώματα,

ενώ οι ιστόνες που θα συμμετέχουν στο σχηματισμό αυτών των νουκλεοσωμάτων θα είναι:

68×10⁴ + 68×10⁴ = 136×10⁴ ή 1,36×10⁶.

Ο βάτραχος ανήκει στους διπλοειδείς οργανισμούς και έχει 13 ζεύγη χρωμοσωμάτων σε κάθε σωματικό του κύτταρο. Δεδομένου ότι το φύλο του καθορίζεται όπως και στον άνθρωπο, να υπολογίσετε:

α. Πόσα αυτοσωμικά και πόσα φυλετικά χρωμοσώματα υπάρχουν σε ένα ωάριο ή σε ένα σπερματοζωάριό του;

β. Πόσα φυλετικά και πόσα αυτοσωμικά χρωμοσώματα υπάρχουν σε ένα σωματικό κύτταρό του;

γ. Πόσες χρωματίδες και πόσα κεντρομερίδια υπάρχουν σε ένα σωματικό κύτταρό του;

δ. Πόσα μόρια DNA υπάρχουν σε ένα σωματικό κύτταρο αυτού του οργανισμού στην αρχή της μεσόφασης και πόσα στην αρχή της μίτωσης;

ε. Πόσα μόρια DNA υπάρχουν σε ένα γαμέτη αυτού του οργανισμού;

Λύση…

α. Από τα 13 ζεύγη (ομόλογων) χρωμοσωμάτων, 1 ζεύγος αποτελεί τα φυλετικά χρωμοσώματα και τα υπόλοιπα 12 ζεύγη αποτελούν τα αυτοσωμικά. Δηλαδή, τα φυλετικά χρωμοσώματα ενός σωματικού κυττάρου είναι 2, ενώ τα αυτοσωμικά χρωμοσώματα είναι 24. Επειδή το ωάριο ή το σπερματοζωάριο είναι γεννητικά κύτταρα (δηλαδή απλοειδή κύτταρα με ένα αντίγραφο του γενετικού τους υλικού) θα έχουν τα μισά φυλετικά και τα μισά αυτοσωμικά χρωμοσώματα, συγκριτικά με το σωματικό κύτταρο. Δηλαδή, θα έχουν 1 φυλετικό και 12 αυτοσωμικά χρωμοσώματα.

β. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το σωματικό κύτταρο θα έχει 2 φυλετικά και 24 αυτοσωμικά χρωμοσώματα.

γ. Εφόσον χρησιμοποιείται ο όρος “χρωματίδες”, σημαίνει πως έχει προηγηθεί η αντιγραφή του DNA. Κάθε χρωμόσωμα έχει πλέον τη μορφή ενός ζεύγους αδελφών χρωματίδων. Δηλαδή, τα 26 χρωμοσώματα είναι, στην ουσία, 26 ζεύγη αδελφών χρωματίδων. Κάθε ζεύγος όμοιων χρωματίδων συγκρατείται με ένα κεντρομερίδιο. Συνολικά, λοιπόν, οι χρωματίδες είναι 52 και 26 είναι τα κεντρομερίδια που τις συγκρατούν.

δ. Στην αρχή της μεσόφασης, δεν έχει γίνει η αντιγραφή του DNA. Κάθε χρωμόσωμα (που ονομάζεται και ινίδιο χρωματίνης) είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA. Έτσι, τα 26 χρωμοσώματα είναι 26 μόρια DNA. Στην αρχή της μίτωσης όμως, έχει γίνει η αντιγραφή του DNA. Κάθε χρωμόσωμα (το οποίο από ινίδιο χρωματίνης έχει μετατραπεί σε ζεύγος αδελφών χρωματίδων) είναι δύο δίκλωνα μόρια DNA. Έτσι, τα 26 χρωμοσώματα είναι 52 μόρια DNA.

ε. Ο γαμέτης (ωάριο ή σπερματοζωάριο) είναι απλοειδές κύτταρο. Κάθε χρωμόσωμά του είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA. Άρα, ο αριθμός μορίων DNA του γαμέτη είναι 13.

Ένα τμήμα μορίου DNA αποτελείται από 500 νουκλεοτίδια, μεταξύ των οποίων αναπτύσσονται 570 δεσμοί υδρογόνου. Να βρεθεί ο αριθμός των νουκλεοτιδίων που περιέχουν καθεμιά από τις αζωτούχες βάσεις στο τμήμα αυτό του DNA.

Λύση…

Από τα δεδομένα της άσκησης γνωρίζω ότι:

• Το μόριο είναι δίκλωνο, επειδή αναπτύσσονται δεσμοί υδρογόνου.
• Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων είναι N_A + N_T + N_G + N_C.

όπου N_A ο αριθμός νουκλεοτιδίων με αζωτούχα βάση αδενίνη, N_T ο αριθμός νουκλεοτιδίων με αζωτούχα βάση θυμίνη, N_G ο αριθμός νουκλεοτιδίων με αζωτούχα βάση γουανίνη και N_C ο αριθμός νουκλεοτιδίων με αζωτούχα βάση κυτοσίνη.

• Λόγω του μοντέλου των Watson και Crick, N_A = N_T και N_G = N_C.

Οπότε, ισχύει ότι:

αριθμός νουκλεοτιδίων = 2 N_A + 2 N_G ή

2 N_A + 2 N_G = 500 [σχέση 1]

• Μεταξύ των βάσεων αδενίνης και θυμίνης σχηματίζονται δύο δεσμοί υδρογόνου, ενώ μεταξύ γουανίνης και κυτοσίνης τρεις δεσμοί υδρογόνου.

Συνεπώς:

αριθμός δεσμών υδρογόνου = 2 × (ζεύγη Α-Τ) + 3 × (ζεύγη G-C) ή

αριθμός δεσμών υδρογόνου = 2 N_A + 3 N_G

Οπότε, προκύπτει ότι:

2 N_A + 3 N_G = 570 [σχέση 2]

Αφαιρώντας κατά μέλη τη σχέση 1 από τη σχέση 2, προκύπτει ότι:

N_A = N_T = 180 και N_G = N_C = 70

1ο κριτήριο 1ου κεφαλαίου κατεύθυνσης